固體推進劑燃速測試實驗教學研究

周星 鮑桐 鄧蕾

摘要：采用主體式教學的方法，開展了靶線法測試固體推進劑藥條燃速的實驗教學，由學生負責該實驗設備的調試和實驗過程講解，教師對學生提實驗要求、實驗材料，負責實驗設備調試指導、講解要點補充和檢查實驗結果。實驗教學活動注重培養學生分析和解決問題的思路，提高了教學效果。

關鍵詞：含能材料;固體推進劑;實驗教學;燃速

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）06-0246-02

一、前言

隨著高等教育體制改革的逐步深化，要求高校培養出來的人才在知識結構和能力上都具有較高的素質。實驗教學是高等教育中培養具有創新能力、高素質人才的一個重要環節，越來越受大家的關注。

含能材料應用于陸、海、空及二炮各類武器系統，是完成發射、推進和毀傷的能源材料。隨著現代戰爭對武器裝備性能要求的進一步提高，對炸藥、推進劑和發射藥等含能材料的性能提出了更高的要求。國防科學技術大學軍事化學與煙火技術專業開設了《含能材料及性能測試》課程，主要介紹含能材料的配方特點、性能測試的基本原理及測試方法，為碩士論文的研究工作及今后從事含能材料研制工作打下良好的基礎。

實驗教學作為學生創新意識和創新能力培養手段，已經越來越受到人們的關注[1，2]。固體推進劑燃速測試是《含能材料及性能測試》課程的實驗教學內容之一，為提高教學效果，對實驗教學方法進行了改革探索。

二、主體式實驗教學方法

傳統的實驗教學是實驗教師提前把實驗所用的儀器設備準備好，由教師講解實驗目的、實驗原理、實驗步驟等內容。然后學生操作，得到實驗數據，完成實驗報告。在這種教學模式下學生思維只能跟教師走，學生雖然參與了實驗教學活動，但實質上是處于被動接受的狀態，這導致許多學生的實驗技能和動手能力較差，而動手能力差又使學生畏懼實驗課[3]。學生的主動性、積極性都受到一定的限制，創新能力和設計思想等各方面能力也無法得到訓練。無法滿足培養研究生的自主動手能力、實驗方法設計能力和今后從事科研工作解決問題的能力的要求。

實驗教學方法改革主要是改變不顧學生的個體差異，忽視學生的個性、能力、興趣，按同一模式進行教學的方式。深化實驗教學對學員動手能力、知識運用能力、分析解決問題能力和團隊精神的培養，在實驗教學過程中必須體現學員的主體地位，以此作為實驗教學的出發點。

教學過程中進行分組，本組人員共同準備實驗，并由擔任組長的同學負責該實驗設備的調試和實驗過程講解。教師對學生提實驗要求、提供實驗材料，負責實驗設備調試指導、講解要點補充和檢查實驗結果。使學生自己有目的、有步驟地去設計實驗，完成實驗任務，不再是簡單、被動地驗證基礎知識，而是激發了學習的主動性，充分發揮了想象力和創造力，從而培養了學生的創新能力。

引導學生對實驗過程的分析和處理能力，實驗過程中可能會出現點火失敗或測試數據錯誤的現象。此時，要鼓勵學生通過討論、分析實驗中出現的現象，通過思考找出解決問題的方法。雖然實驗過程中會出現許多問題，但正是這些問題的出現，提高了學生綜合處理問題的能力。

三、固體推進劑燃速測試實驗過程

燃速[4]是表征固體推進劑燃燒性能的一個重要參數，有兩種表示方法，即線性燃速和質量燃速。線性燃速是指垂直于推進劑燃面的方向上，單位時間內推進劑被燒掉的長度。燃速壓強指數是評定推進劑燃燒穩定性的重要指標之一，代表壓強對推進劑燃速的影響程度。

靶線法測試原理是將包覆的試樣鉆孔穿入靶線，在規定的試驗壓強和溫度下，記錄試樣在氮氣中燃盡靶距長度所需的時間，計算出燃速。根據一定溫度下不同壓強下的燃速，可以計算出燃速壓強指數。

首先由主講教師在課堂上集中講授固體推進劑靶線法燃速測試實驗的目的、原理、注意事項，試樣的制備方法和要求。根據研究生人數，分組，每組3～4人，分組輪流實驗。

采用開放實驗室方式，對定時、定人、定內容的實驗教學進行改革。學生分組后，可以與教師預約實驗室，利用課余時間到實驗室進行實驗準備，實驗準備工作包括推進劑試樣的包覆、壓強傳感器的標定、燃速儀燃燒室氣密性的調試、燃速儀控制系統的操作等。這些工作需要運用多種課程知識，如推進劑試樣的包覆涉及高分子化學的知識，壓強傳感器的標定涉及機械、控制相關知識，燃燒室氣密性調試涉及機械知識，控制系統的操作涉及計算機軟件、自動控制的相關知識，可以培養學生動手能力、集成和測試能力。

在實驗準備過程中，教師按照GJB770B-2005《火藥試驗方法》的要求指導，培養了學生嚴謹的科學精神。教師設計一些科研活動中與實驗相關的內容，引導學生在實驗過程中對這些問題進行思考，使學生通過實驗達到對基本知識、技能的系統化和完整化。

實驗時，由各組學生負責介紹實驗的基本原理、操作步驟、注意事項等內容，對于學生介紹不全面的內容或介紹有錯誤的內容，教師進行補充。教師指導學生的操作，發現問題及時給予原理性或方法性的引導。提倡同組學生間的溝通與合作，解決遇到的問題和難題。例如采用靶線法測試富燃料推進劑的燃速時，第一靶線和第二靶線的低熔點絲同時熔斷，可能是由于燃燒后的殘渣掉落，造成實驗測試失敗。針對這一實驗現象，引導學生分析原因。學生通過小組討論，認為由于富燃料推進劑中氧化劑含量低，金屬含量高，燃燒后有大量熾熱的金屬殘渣，金屬殘渣可能同時熔斷兩個靶線;另外，燃燒產物具有較強的導電性，造成測試系統采集的信號有干擾。采用絕緣膠布保護第一靶線和第二靶線的低熔點絲，有效防止了金屬殘渣同時熔斷兩個靶線，提高了實驗的成功率。通過這種主體式實驗教學，不僅鍛煉了學生的專業技能，也提高了學生團隊合作、理論聯系實際的能力，從而提高了學生的綜合素質。

實驗結束后，由實驗小組同學共同完成實驗報告。實驗報告的評定除了考核具體的諸如實驗目的、實驗原理、實驗步驟和實驗結論是否準確，重點放在實驗的思考與討論上，因為這部分最能體現學生對相關知識的理解，體現學生分析和解決問題的能力。每一小組實驗方案不完全相同，最終的實驗報告也會有所不同，這就避免了實驗報告的雷同現象。實踐表明，這種考核方式能明顯地調動學生學習的積極性，增強思考和團隊合作的能力。

四、主體式實驗教學的優勢

以能力培養為核心的主體式實驗教學是創新的教學方式，學生能夠親自動手操作，現場親身感受;進一步加深了學生對固體推進劑燃速測試知識的理解與掌握，較好地鞏固了專業理論課程的教學效果;實驗綜合性強，很好地鍛煉了學生綜合利用知識解決實際問題的能力;擴大了學生自主實驗的空間和想象，激發了學生的自主思考與創新意識;實驗需要多人共同協作完成，培養了學生的團隊協作能力。主體式實驗教學具有以下優勢。

1.教學與科研實踐密切結合。通過科研項目中涉及的不同燃燒性能的固體推進劑藥條燃速測試，加深學生對固體推進劑燃燒性能測試基本原理和概念的認識與理解，培養理論和實際相結合的良好作風，在鍛煉學員動手能力的同時，訓練其科研思路。

2.促進學員主動探索和分析問題。不同配方固體推進劑在相同壓強下的燃速不同，同一配方固體推進劑在不同壓強下的燃速也不同，促使學生進一步深入思考引起燃速差異的原因，激發他們進行深入研究和進一步探索的積極性。提高他們獨立分析、歸納、總結的能力，激發他們繼續探索的熱情，培養各方面分析問題的能力。

3.實驗設計的拓展性強。此實驗教學可起到啟發的作用，學生可以通過自學或交流，更深入地了解與燃燒性能測試相關的知識，如壓強傳感器的標定原理、靶線計時原理、恒壓原理和機械密封原理。極大地拓寬了學生的知識面。

深入研究和大力推廣主體式實驗教學有利于提高研究生課程實驗的教學效果。

參考文獻：

[1]陳德碧，楊帆.應用型人才培養的實驗教學改革實踐[J].實驗科學與技術，2010，8（4）：42-43，133.

[2]易昆南，于菲菲.在綜合性、設計性實驗中培養學生的創新能力[J].實驗技術與管理，2007，24（8）：8-9.

[3]盛燦梅，蔣雪薇，李曉文，等.實驗教學改革與素質教育的探索與實踐[J].教學改革與創新，2006，4（8）：48-50.

[4]張煒，鮑桐，周星.火箭推進劑[M].北京：國防工業出版社，2014：104-105.